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1、第二节 自扫描光电二极管阵列 (SSPD),自扫描,分线阵和 面阵 一、电荷存储原理 预充电放电（积分）-充电（信号输出）-放电（积分）-充电（信号输出）-,（1）预充电：Q=CdUc （2-4） （2）曝光（放电）：Q=（Ip+ID）Ts IpTs（2-5） 放电结束：Ucd=Uc- Q/Cd（2-6） （3）再充电（信号输出）： ULmax=Uc-Ucd= Q/Cd（2-7）,ULmax=IpTs/Cd=SpETs/Cd （2-8） IL= Ulmax/RL=IpTs/ ； =RLCd （2-9） 最大曝光量Hmax=（ETs）max =CdUc/Sp （2-10）,二、SSPD器件,1.
2、线阵SSPD (1) 感光部分;(2)多路开关;(3)移位寄存器.,波形图:,2.面阵SSPD 二维扫描(水平和垂直);视频Uout增加控制 先行后列,换行时留出2个像元采样时间,便于消隐.波形自阅.,3.开关噪声及补偿 有两种补偿方法: (1)阵列补偿 (2)邻近位,三、SSPD主要特性参数（自阅）,四、SSPD信号读出及放大电路 1.电流放大输出 Uo=IosRf (2-11) Rs 调整合适,2.电荷积分输出 Uo=CdUd/Cf (2-12) 特点:信噪比高,动态范围宽.但读出速度低.,第三节 光电位置传感器（PSD）,与象限探测器比较,有如下优点: 对光斑形状要求不严,便于测量 光敏
3、面无需分割,消除了死区,分辨率高. 可同时检测位置和光强 一、PSD的工作原理和位置表达式,光点距中心位置: I2 - I1 XA=-L (2-14) I2 + I1 I0=I2+11 与入射光能成正比 二、一维PSD及等效电路,三、二维PSD及其等效电路 用于测定光点在二维平面（x，y）的坐标。 1.两面分离型PSD:互相垂直的两对电极分两层.灵敏度,线性度和分辨率高. 2.表面分离性PSD:互相垂直的两对电极在同一表面.加偏压容易,暗电流小,响应速度快. 3.改进的表面分离性PSD 多四个电阻 见下图2-20,Ix-Ix Iy-Iy X=-L ; y=-L ; (2-15) Ix+Ix I
4、y+Iy,两种PSD的特性曲线:,3.PSD转换电路,对输出的光电流进行电流-电压转换并放大.,第四节 输液过程中的光点传感器,光电传感器作为信息采集元件的优点: 非接触. 响应速度快(10-110-6s). 受环境影响小. 测量精度高 缺点:信号弱;背景光干扰等 应用实例:医用静脉输液液滴检测系统. 茂非式滴管,每一滴1/15mL,检测液滴数量.,一、液滴的光学特性,液体有透明、半透明和不透明的。 先以透明液体分析。,设液体的光学折射率与水相近，n=4/3；液滴的横截面直径为2r，则O与O的距离 2r2 l=r+-=2r （2-17） nr+2（n-1）r 一般为2.53mm 设光源强度为0
5、; 0 为O的光强度; 0为光敏元件接收的光强. 则: 0=40 sin2( /4) (2-18) tan(/2)=D2/X2 (2-19) D2为光敏面直径; X2为光敏面到O的距离,为获得最佳测量效果,应使0等于0的一半;有液滴的光电流为无液滴的光电流的一半. 则:D3=21/2 D2 (2-20) 2r/D1X2/D3; X2(23/2 D2/D1)r (2-21) X1=2r+X2 (2-22),对于半透明和不透明的液滴情况更简单。 二、光电式液滴传感器 由红外发光、光电二极管构成。 D1=3mm；D2=3mm；X1不小于4.1r,三、信号调理电路,为消除日光、灯光等背景光的干扰，将发光的光强调制成10kHz的载波。 芯片用LM567；每个脉冲1/15mL的液滴。,作业：1.电荷存储的3个过程 2.线阵和面阵的SSPD特点. 3.一维PSD的原理及转换电路 4.由图2-25分析说明X1的求解条件和结果(2-22),